Simulation von Tribosystemen (eBook)

Grundlagen und Anwendungen

Dirk Bartel (Autor)

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2010 | 2010
188 Seiten
Vieweg & Teubner (Verlag)
978-3-8348-9656-8 (ISBN)

Infos

Dr.-Ing. habil. Dirk Bartel ist Privatdozent an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und arbeitet seit vielen Jahren erfolgreich auf dem Gebiet der Tribologie.

Inhalt

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 8
Formelzeichen, Benennungen, Einheiten 10
Lateinische Buchstaben 10
Griechische Buchstaben 12
Häufig verwendete Indizes 14
Abkürzungen 14
Abbildungsverzeichnis 16
Tabellenverzeichnis 20
1 Grundgleichungen der Hydrodynamik 21
1.1 Masseerhaltung (Kontinuitätsgleichung) 23
1.2 Impulserhaltung (Navier-Stokes-Gleichungen) 24
1.3 Energieerhaltung (Energiegleichung) 32
2 Verallgemeinerte Reynolds’scheDifferenzialgleichung 41
2.1 Herleitung 41
2.2 Randbedingungen 50
2.3 Kavitation 50
2.3.1 Nichtmasseerhaltende Kavitationsmodelle 52
2.3.2 Masseerhaltende Kavitationsmodelle 52
3 Raue Oberflächen 59
3.1 Kontakt rauer Oberflächen 59
3.2 Werkstoffbeanspruchung 68
3.3 Mikrohydrodynamik rauer Oberflächen 76
3.3.1 Direkte Kopplung von Mikro- und Makrohydrodynamik 76
3.3.2 Indirekte Kopplung von Mikro- und Makrohydrodynamik 79
3.3.2.1 Druckflusssimulation 84
3.3.2.2 Scherflusssimulation 89
3.3.2.3 Modifikation der makrohydrodynamischen Gleichungen 93
4 Reibung 95
4.1 Festkörperreibung 96
4.1.1 Deformationskomponente der Festkörperreibung 99
4.1.2 Adhäsionskomponente der Festkörperreibung 104
4.2 Flüssigkeitsreibung 107
4.3 Mischreibung 110
5 Temperaturberechnung 117
5.1 Energiegleichung für das Fluid 117
5.2 Energiegleichung für die Festkörper 119
6 Schmierstoffeigenschaften 129
6.1 Temperatur- und Druckabhängigkeit der Dichte 129
6.2 Temperatur- und Druckabhängigkeit derWärmeleitfähigkeit 132
6.3 Temperatur- und Druckabhängigkeit der spezifischenWärmekapazität 135
6.4 Temperatur- und Druckabhängigkeit der Viskosität 139
6.5 Schergefälleabhängigkeit der Viskosität 142
7 Elastohydrodynamik 146
7.1 Quasistatische Kopplung von Hydrodynamik und Verformung 146
7.2 Dynamische Kopplung von Hydrodynamik und Verformung 148
8 Ausgewählte Simulationsbeispiele 149
8.1 Stationäres Radialgleitlager – Vergleich von Navier-Stokes-Gleichungen und Reynolds’scher Differenzialgleichung 149
8.2 Einfluss von Lagerumgebung und Schiefstellung auf dasBetriebsverhalten von Radialgleitlagern 152
8.3 Pleuellagerung eines Verbrennungsmotors 158
8.4 Oszillierendes Axialgleitlager in einer Einspritzpumpe 165
8.5 Wälzbeanspruchter rauer Linienkontakt 171
9 Zusammenfassung und Ausblick 175
Literatur 179

Textauszug

4 Reibung (S. 75-76)

In Anlehnung an [57] ist Reibung auf Wechselwirkungen zwischen sich berührenden Stoffbereichen von Körpern zurückzuführen, die einer Relativbewegung der Körper entgegenwirken. Wie in der Physik soll auch hier der Begriff „Körper“ stellvertretend für alles stehen, was eine Masse hat und einen Raum einnimmt. Körper bestehen aus Stoffen, die fest, flüssig oder gasförmig sein können. Je nach Bewegungzustand der Körper kann in Reibung ohne Relativbewegung (Haftreibung oder statische Reibung) und Reibung mit Relativbewegung (Bewegungsreibung oder dynamische Reibung) unterschieden werden.

In Abhängigkeit von der Zugehörigkeit der am Reibungsprozeß beteiligten Stoffbereiche kann äußere oder innere Reibung vorliegen. Bei äußerer Reibung sind die sich berührenden Stoffbereiche verschiedenen Körpern, bei innerer Reibung ein und demselben Körper zugehörig. Weiterhin lassen sich mehrere Reibungszustände unterscheiden. Festkörperreibung ist die Reibung zwischen bzw. innerhalb von Stoffbereichen mit Festkörpereigenschaften. So kann die Festkörperreibung als äußere Reibung, hervorgerufen durch Adhäsion zwischen verschiedenen Stoffbereichen, und als innere Reibung, hervorgerufen durch Deformation innerhalb eines Stoffbereiches, vorliegen. Sind sich berührende Stoffbereiche von einer festen Grenzschicht bedeckt (z.B. Oxidschicht), wird dies Grenzschichtreibung genannt.

Handelt es sich hingegen um einen sehr dünnen Grenzfilm (z.B. Adsorptionsschicht), wird von Grenzreibung gesprochen. Flüssigkeitsreibung ist die innere Reibung im Stoffbereich mit Flüssigkeitseigenschaften, Gasreibung die innere Reibung im Stoffbereich mit Gaseigenschaften. Mischreibung nennt man jede Mischform der zuvor genannten Reibungszustände, am häufigsten jedoch das gleichzeitige Vorhandensein von Festkörper- und Flüssigkeitsreibung. Die Wirkung der Reibung ist durch eine Reibungskraft und eine Reibungsarbeit/-energie gekennzeichnet. Reibungsenergie ist der durch Energiedissipation und Energieakkumulation entstehende Verlust an aufgebrachter mechanischer Energie während des Reibungsprozesses.

Die Darstellung der Reibung erfolgt im Allgemeinen als Reibungskraft und Reibungszahl, die sich aus dem Verhältnis von wirkender Reibungs- und wirkender Normalkraft ergibt. Je nach Betrachtungsraum liegt eine makroskopische, mikroskopische/mesoskopische und molekulare Betrachtung der Reibung vor. Dementsprechend existieren Makro-, Mikro/Meso- und Molekularmodelle der Reibung. Die molekularen Modelle, die die Ursachen der Reibung durch molekulare bzw. atomare Wechselwirkungen beschreiben, stehen zum gegenwärtigen Zeitpunkt für eine geschlossene Reibungsberechnung nicht in vollem Umfang zur Verfügung.

Zu vielfältig sind die auf die Reibung Einfluss nehmenden Faktoren. Sie werden aber zukünftig einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Elementarprozesse der Reibung liefern. Mikro/Mesomodelle, die die Wirkung der Reibung auf mikroskopischer/mesoskopischer Skala beschreiben, gestatten eine Auflösung der makroskopisch durch Versuche feststellbaren Auswirkungen (Makromodelle) bis in den Mikro/Mesobereich bzw. eine Berücksichtigung von molekularen Ansätzen zur Beschreibung von Einzelprozessen und stellen so ein Bindeglied zwischen den Makro- und Molekularmodellen dar.

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 2.6.2010
• Zusatzinfo: 188 S. 78 Abb., 30 Abb. in Farbe.
• Verlagsort: Wiesbaden
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• Schlagworte: Makro- und Mikrohydrodynamik • Reibpaarungen • Reibung • Schmierstoffeigenschaften • Simulation • Temperaturentwicklung • Tribologie • Tribosysteme • Werkstoffbeanspruchung
• ISBN-10: 3-8348-9656-X / 383489656X
• ISBN-13: 978-3-8348-9656-8 / 9783834896568